1引言
由于发电机内部短路计算方法不普及，只能用机端两相金属性短路校验纵差保护的灵敏度，这种校验工作形同虚设，因为灵敏系数Ksen总是大于2.0，实际上对于定子绕组的各种短路并不能保证灵敏动作。
理论上当机端两相短路时零序横差保护中没有电流，不熟悉发电机定子绕组内部短路的分析计算，根本无法校验其灵敏度。裂相横差保护的情况与零序横差保护大致相似。因此，发电机主保护(包括纵差和横差)对于定子绕组短路的灵敏系数，设计和运行人员心中无数，这是主设备保护在理论基础上落后于超高压线路保护的一大原因。
现在对发电机定子绕组内部短路的分析计算方法已经国家鉴定，完全有条件对发电机各种主保护的灵敏度作科学的分析计算，不仅在定性上而且在定量上确定每一短路故障是否满足双重主保护的技术要求。以下例说明。
2发电机主保护设计实例故障统计分析
以一台700MW，20kV，每相并联分支数a＝5，定子槽数Z1＝540的水轮发电机为例。该发电机定子绕组实际可能发生的内部短路见表1和表2。
从表1和表2可知，该机同槽故障以匝间短路为主，相间短路只占故障总数的11.11%；端部故障以相间短路为主，匝间短路只占故障总数的14.52%。
由此可见，只装设传统(完全)纵差保护，不仅不能反应匝间短路，更做不到每一短路具有双重主保护。
3定子绕组短路计算和主保护灵敏度分析
对发电机定子绕组的11490处相间短路、同相同分支和同相不同分支间的匝间短路作计算，求出每一支路电流的大小和相位(包括两中性点间的零序电流)，由此可得到各种短路状态下进入各种主保护的动作电流和制动电流，在已整定的动作特性条件下，最终获得相应主保护的灵敏系数Ksen。当Ksen≥1.5时定义为保护灵敏动作，1.0≤Ksen＜1.5为可能动作，Ksen＜1.0为不能动作。
分析计算结果见表3和表4。
按照继电保护惯例，将不满足灵敏系数要求的(即Ksen＜1.5)统称为不能动作。
为了评价保护方案的优劣，十分关心该保护不能动作的故障数，见表5和表6。
保护代号K1、K11、K12、K2、K3、K4、K5见图1和图2。
通过以上分析，对各种主保护反应11490处故障的能力(能灵敏反应哪些故障，不能灵敏反应的又是哪些故障)已了如指掌，为主保护总配置方案的选择奠定了科学基础。
4零序横差保护的选型、发电机中性点侧引出方式的确定和电流互感器的配置
零序横差(以往称单元件横差)保护以其灵敏、功能全面、特别简单的特点，在各种主保护方案中优点突出，而且零序横差保护采用一套(K1)或两套(K11+K12)直接影响发电机中性点侧的引出方式，所以首先讨论零序横差保护的选型。
从表3～表6可清楚地看到，采用两套零序横差保护(K11+K12)比一套(K1)的灵敏度高，装置也不复杂，所以该发电机中性点侧引出方式不用图1(2个中性点)，应用图2(3个中性点)，每相5并联分支以212方式引出。图2中以1、2分支合并和4、5分支合并(相邻方式)，3分支单独引出。也可能是1、3或1、4分支合并和2、4或2、5分支合并(相间方式)，这主要决定于电机结构和制造工艺是否方便，不能由继电保护决定。
表3～表6同时告诉我们，单靠两套零序横差保护不可能对所有11490处故障实现完全保护，更谈不上每一故障有两套主保护动作，为此必须配置其他主保护方案。
图1和图2中同时画出了发-变组微机保护一块屏所配置的电流互感器，同一分支的电流互感器二次电流可同时供各种主保护和后备保护使用(资源共享)，但大型发变组往往还配置完全相同的另一块保护屏，后者的电流互感器(以及直流电源和跳闸回路)必须另设。
图2中发电机中性点侧共装设11台电流互感器，除两中性点之间的互感器专供零序横差保护使用外，其它互感器(见图2中的TA1和TA2)可供不完全裂相横差保护、不完全纵差保护和完全纵差保护用(因采用完全纵差保护，需在三相第3分支装设3个互感器)。
至于各个互感器的设计选型问题，限于篇幅，不在本文讨论。
5实现主保护的双重化
首先，在图2既定的发电机中性点侧引出方式和电流互感器配置的条件下，考虑到微机型保护装置均已采用32位机，其运算速度完全能满足已有主保护的要求。在不增加硬件的前提下图2发电机主保护可以采用两套零序电流型横差保护(K11+K12)、一套不完全裂相横差保护(K3)、一套不完全纵差保护(K5)和一套完全纵差保护(K4)，总共5套主保护。
下面对5套主保护(K11、K12、K3、K5、K4)和4套主保护(K11、K12、K3、K5)的动作情况作对比分析，见表7、表8。
从表7、表8可见，装设5套主保护时，有(380+10806)/11490＝97.35%的故障至少有2套主保护能灵敏动作，似乎主保护套数过多了，但这时仍有(100+49)/11490＝1.30%的保护死区，同时有(60+95)/11490＝1.35%的故障只有一套保护能灵敏动作，所以这5套主保护不能减少。更何况舍弃第5套完全纵差保护(K4)不仅使保护死区增加为(100+63)/11490＝1.42%，而且使两套及以上保护灵敏动作故障数减少为(380+10682)/11490＝96.28%，所以增设完全纵差保护是必要的，虽然为此需增加3台电流互感器。
6发电机主保护和电流互感器配置方案的对比和抉择
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